Kimya ve Elektrik → 5. Bölüm

Dersin Özellikleri:

• Seviye: Hiç Bilmeyenler İçin
• Gerekli Bilgiler:
  • Kimya ve Elektrik – IV. Bölüm
• Öğretmen:
  • Muzaffer KAYA

Anlatılacak Başlıklar*:

• Elektrik Akımı ve Maddesel Değişim
• Tek Kaplı Elektroliz Hücresi
• Faraday Kanunları
• Metal Kaplamacılık
• Suyun Elektrolizi

* Konu anlatımı, örneklerle zenginleştirilmiştir.

• Bir kimyasala elektrik akımı verildiğinde elektroliz işlemi gerçekleşir.
• Elektroliz: Elektrik enerjisi ile bileşikleri elementlerine ayrıştırma işlemidir.
  • Elektrolizde bileşikler elementlerine ayrışır.
  • Elektroliz işleminin gerçekleşebilmesi için bileşiğin elektriği iletmesi gerekir.
    • İyonik bileşikler sıvı halde iken,
    • asitlerin bazların ve tuzların sulu çözeltileri elektriği iletir.

• Elektroliz tepkimesi istemsizdir.
  • Anotta:
    • Anyonlar (- iyonlar) yükseltgenerek element haline geçer.
    • Ortamda birden fazla anyon varsa, yükseltgenme potansiyeli en büyük olan önce yükseltgenir.
      
  • Katotta:
    • Katyonlar (+ iyonlar) indirgenerek element haline geçer.
    • Ortamda birden fazla katyon varsa, indirgenme potansiyeli en büyük olan önce indirgenir.

ANOT: 2Cl^– → Cl_2(g) + 2e^–
KATOT: Na⁺ + e^– → Na_(k)
ELEKTROLİZ: 2Na⁺ + 2Cl^– → 2Na_(k) + Cl_2(g)

• Elektroliz kaplarının kutuplarında biriken elementlerin miktarını hesaplarken Faraday Kanunları kullanılır.
• Faraday Kanunları 2 tanedir.

1. Kanun:

• Devreden 1 mol elektron geçtiğinde 96500C veya 1F’lık yük geçmiş olur.
• Yani:
  • 1 mol e^– = 96500 C = 1F
• Herhangi bir kutupta biriken elementin kütlesi:

m: elementin kütlesi; n: alınan/verilen e- sayısı; M_A: Mol ağırlığı; Q: devreden geçen yük (Q=I.t)

Örnek:

Bir AgNO₃ sıvısı, devreden 0,4 Faradaylık elektrik akımı geçirilerek elektroliz ediliyor.

Buna göre,

 I.    Devreden 0,4 mol elektron geçer.

 II.   Katotta 43,2 g Ag toplanır.

 III.  Devreden 38600 C yük geçer.

yargılarından hangileri doğrudur?
(Ag:108 g/mol)

Örnek:

Cu(NO₃)₂‘ün sulu çözeltisi 19,3 amper akımla 100 saniye elektroliz ediliyor.

Buna göre, elektroliz kabının katotunda önce hangi maddeden kaç gram toplanır?

(Cu:64 g/mol, H:1 g/mol, 1 mol e^– = 96500 C, Elektron verme eğilimi: H₂>Cu>OH^–>NO₃^–)

2. Kanun: Seri Bağlı Elektroliz Hücreleri

1. Seri bağlı elektroliz hücrelerinde;
   • Her bir kutupta biriken elementin eşdeğer gram sayısı eşittir.
   • Her bir kutupta alınan/verilen elektron sayısı eşittir.
   • Her bir kutuptan eşit miktarda elektron geçer.
2. Kanunun formülü şöyledir:

m: kütle;
e: aldığı/verdiği e- sayısı;
M_A: Mol kütlesi

2. Eşdeğer kütlesi daha büyük olan element daha çok birikir.
   • Eşdeğer kütle: M_A/e-

Örnek:

Şekilde verilen seri bağlı elektroliz kaplarında 1. kabın katotunda 4,6 gram Na biriktiğine göre, II. ve III. kapların katotunda kaçar gram element birikmiştir. (Na: 23 g/mol, Ca: 40 g/mol, K: 30 g/mol)

Örnek:

Şekildeki özdeş kaplarda, grafit elektrotlar kullanılarak; XCl, YF₂ ve ZBr₃ eriyikleri elektroliz edilmektedir.

Verilen elektroliz düzeneği için aşağıdaki soruları cevaplandırınız. (X: 23 g/mol, Y: 40 g/mol, Z: 27 g/mol)

I) Bu elektroliz düzeneğinde, aynı sürede, katotlarda biriken elementlerin kütleleri arasındaki ilişki nedir?
II) Ortadaki kabın katot kutbunda, 24 gram madde element oluştuğu anda, diğer kapların katotlarında kaçar gram madde birikir?
III) XCl sıvısının bulunduğu kapta, 2,3 gram X metali birikirse, ortadaki kabın anotundan kaç mol elektron geçmiş olur?

• Aktif metalin pasif bir metalle kaplanması, korozyonu (paslanma) önler.
• Kaplama işleminde bir elektroliz hücresi kurulur:
  • Kaplayacak metal anota takılır.
  • Kaplanacak metal katota takılır.
  • Elektrolit çözeltisi olarak da kaplayacak metalin tuzunun çözeltisi kullanılır.

Gümüş Kaplama

• Şekilde verilen düzenek hazırlanır.
• Anot kutbunda gümüş çözünür:
  • Ag → Ag⁺ + e^–
• Katot kutbunda gümüş metali kaşık üzerinde birikir:
  • Ag⁺ + e^– → Ag

Örnek:

80 g kütleli bakır çatal, gümüş metali ile kaplanmak istenmektedir. Bakır çatal içinde AgNO₃ çözeltisi bulunan elektroliz kabının katoduna bağlanıp 9,65 amperlik akımla elektroliz edilmektedir. Bakır çatal, gümüşle kaplandığında kütlesi 101,6 g olarak ölçülmektedir.

Buna göre elektroliz süresi kaç saniyedir? (Ag: 108)

• Saf su elektroliz edilirken:
  • Elektrik iletkenliği kazanması için derişik H₂SO₄ çözülür.
  • Anotta O_2(g) birikir:
    • H₂O_(s) → ¹/₂ O_2(g) + 2H⁺_(suda) + 2e-
  • Katotta H_2(g) birikir:
    • 2H⁺_(suda) + 2e- → H_2(g)
  • Biriken hidrojen gazının hacmi oksijen gazının iki katıdır.

Örnek:

Hoffman voltametresi ile su elektroliz edildiğinde anot ve katotta toplam 240 cm³ gaz toplanmaktadır.

Buna göre anot ve katotta toplanan gazları ve bu gazların hacimlerini bulunuz.